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Nutrición y crecimiento de las bacterias
Cada organismo debe encontrar en su ambiente todas las sustancias requeridas para
la generación de energía y la biosíntesis celular. Los elementos o sustancias químicas
de este ambiente que son utilizados para el crecimiento de las bacterias son
denominados nutrientes o requerimientos nutricionales. En el laboratorio, las
bacterias crecen en medios de cultivo que son diseñados para proveer todos lo
nutrientes esenciales en solución para el crecimiento bacteriano.
En un nivel elemental, los requerimientos nutricionales de bacterias como E. coli son
revelados por la composición elemental de la célula, que consiste en C, H, O, N, S. P,
K, Mg, Fe, Ca, Mn, y trazas de Zn, Co, Cu, y Mo. Los elementos se encuentran en
forma de agua, iones inorgánicos, pequeñas moléculas, y macromoléculas que sirven
tanto al rol estructural como funcional en las células. Las funciones fisiológicas
generales de los elementos son resumidas en la siguiente Tabla.
Tabla 1. Principales elementos, sus fuentes y funciones en células bacterianas.
Elemento
% de peso seco
Fuente
Carbono
50
Componentes
orgánicos o CO2
Oxígeno
20
H2O, componentes
orgánicos, CO2, y
O2
Nitrógeno
14
NH3, NO3,
componentes
orgánicos, N2
Hidrógeno
8
H2O, componentes
orgánicos, H2
Fósforo
3
Fosfatos
inorgánicos (PO4)
Azufre
1
SO4, H2S, So,
componentes de
azufre orgánico
Potasio
1
Sales de potasio
Función
Principal
constituyente de
material celular
constituyente de
material celular y
agua celular; O2 es
aceptor de
electrones en la
respiración
aeróbica
Constituyente de
aminoácidos,
nucleótidos de
ácidos nucleicos, y
coenzimas
Principal
constituyente de
componentes
orgánicos y agua
celular
Constituyente de
ácidos nucleicos,
nucleótidos,
fosfolípidos, LPS,
ácidos teichoic
Constituyente de
cysteína,
methionina,
glutathione, varias
coenzimas
Catión inorgánico
celular principal y
cofactor para
ciertas enzimas
Magnesio
0.5
Sales de magnesio
Calcio
0.5
Sales de calcio
Hierro
0.2
Sales de hierro
Catión inorgánico
celular, cofactor
para ciertas
reacciones
enzimáticas
Catión inorgánico
celular, cofactor
para ciertas
enzimas y un
componente de
endosporos
Componente de
citocromos y ciertas
proteínas del hierro
y un cofactor para
algunas reacciones
enzimáticas
La tabla anterior ignora la presencia de elementos en trazas en la nutrición bacteriana.
Los elementos en trazas son iones metálicos requeridos por ciertas células en
cantidades tan pequeñas que es difícil detectarlos (medirlos), y no es necesario
agregarlos al medio de cultivo como nutrientes. Los elementos en trazas son
requeridos en cantidades tan pequeñas que están presentes como “contaminantes”
del agua u otros componentes del medio. Como iones metálicos, los elementos en
trazas habitualmente actúan como cofactores para reacciones enzimáticas esenciales
en la célula. Un elemento en traza de un organismo puede ser un elemento requerido
por otro y viceversa, pero los cationes habituales calificados como elementos en trazas
en la nutrición bacteriana son Mn, Co, Zn, Cu, y Mo.
Para crecer en la naturaleza o en el laboratorio, una bacteria debe tener una fuente de
energía, una fuente de carbono y otros nutrientes requeridos, y un rango permisivo de
condiciones físicas como concentración de O2, temperatura, y pH. A veces las
bacterias son referidas individualmente o en grupos basados en sus patrones de
crecimiento bajo varias condiciones químicas (nutricionales) o físicas. Por ejemplo, los
fotótrofos son organismos que utilizan la luz como fuente de energía; los anaerobios
son organismos que crecen sin oxígeno; los termofílicos son organismos que crecen a
altas temperaturas.
Fuentes de carbono y energía para el crecimiento bacteriano
Todos los organismos vivos requieren una fuente de energía.
Los organismos que utilizan energía radiante (luz) son llamados fotótrofos.
Los organismos que utilizan (oxidan) una forma orgánica de carbono son llamados
heterotróficos o quimio(hetero)tróficos.
Los organismos que oxidan componentes inorgánicos son llamados litótrofos.
Los requerimientos de carbono de los organismos deben ser abastecidos con carbono
orgánico (un componente químico con una unión de carbono-hidrógeno) o con CO2.
Los organismos que utilizan carbono orgánico son heterotróficos y los organismos
que utilizan CO2 como única fuente de carbono para el crecimiento son llamados
autotróficos.
Así, sobre la base de las fuentes de energía y carbono para el crecimiento se pueden
definir los cuatro principales tipos nutricionales de procariotes (Tabla 2).
Tabla 2. Principales tipos nutricionales de procariotes.
Tipo nutricional
Fuente de energía
Fuente de carbono
Fotoautotróficos
Luz
CO2
Fotoheterotróficos
Luz
Componentes
orgánicos
Quimioautotróficos o
Litotróficos
(Litoautotróficos)
Componentes
inorgánicos, por
ejemplo H2, NH3,
NO2, H2S
CO2
Pocas bacterias y
muchas Archaea
Componentes
orgánicos
La mayoría de las
bacterias, algunas
Archaea
Quimioheterotróficos Componentes
o Heterotróficos
orgánicos
Ejemplos
Cianobacteria,
algunas bacterias
Verde y Púrpura
Algunas bacterias
Verde y Púrpura
Casi todos los eucariotes son tanto fotoautotróficos (por ejemplo, algas y plantas) o
heterotróficos (por ejemplo, animales, protozoos, hongos). La litotrofía es única para
procariotes y la fotoheterotrofía, común en las bacterias verde y púrpura, sucede
únicamente en muy pocas algas eucarióticas. La fototrofía no ha sido encontrada en la
Archaea.
Este esquema simple de la utilización del carbono, tanto carbono orgánico como CO2,
ignora la posibilidad de que un organismo, si es autotrófico o heterotrófico, pueda
requerir pequeñas cantidades de ciertos componentes orgánicos para el crecimiento
porque son sustancias esenciales que el organismo es incapaz de sintetizar de los
nutrientes disponibles. Tales componentes son llamados factores de crecimiento.